近日，西安交通大學李飛教授和徐卓教授及其合作者在弛豫鐵電單晶材料高性能化研究方面取得了重大突破，其研究成果於2019年4月19日在國際權威期刊《科學》上發表。
《科學》（英語：Science），是美國科學促進會出版的一份學術期刊，為全世界最權威的學術期刊之一。《科學》是發表最好的原始研究論文、以及綜述和分析當前研究和科學政策的同行評議的期刊之一。該雜誌於1880年由愛迪生投資1萬美元創辦，於1894年成為美國最大的科學團體"美國科學促進會"的官方刊物。
弛豫鐵電單晶1997年發現以來，被認為是壓電陶瓷問世半個多世紀以來壓電材料取得的革命性突破，大幅度提升了壓電材料的性能和醫療超聲的成像分辨率。然而，隨著人們對醫療超聲系統精度需求的不斷提升，如何進一步提高弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，成為這20多年來，國內外科學家廣泛關注的重要科學問題。
西安交大研究團隊與美國賓夕法尼亞州立大學、澳大利亞伍倫貢大學、美國北卡州立大學等單位合作，設計並生長了釤摻雜的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電單晶，成功將"增強的局域結構無序性"、"準同型相界"和"工程疇結構"三種高壓電效應的起因有機結合，大幅度提高了弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，壓電係數最高達4000 pC/N（皮庫倫每牛頓）以上，介電常數達12000以上，較之非摻釤的同組分的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電單晶的性能提高約一倍；同時，利用釤元素在晶體生長過程中的分凝特點，優化了單晶棒性能的均勻性（如圖所示），為高頻醫療超聲探頭和高精度與大位移壓電驅動器奠定了新的壓電單晶材料基礎。基於第一性原理計算，研究團隊還發現，釤摻雜的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體相變溫度下降很可能是由於釤摻入而隨之產生的鉛空位所致。這一發現將為今後進一步優化弛豫鐵電單晶的綜合性能提供理論參考。
李飛教授為該文章的第一作者和通訊作者，北卡州立大學馬修·卡布拉（Matthew J. Cabral）博士為文章共同第一作者，澳大利亞伍倫貢大學張樹君教授為文章的共同通訊作者。論文作者還包括西安交大徐卓教授，美國賓夕法尼亞州立大學陳龍慶教授、托馬斯·施羅特（Tom Shrout）教授以及美國阿肯色大學許彬博士等。
近10年來，西安交通大學電信學部電子陶瓷與器件教育部重點實驗室、國際電介質研究中心徐卓教授、李飛教授團隊圍繞弛豫鐵電單晶高壓電性的起源與性能優化開展了大量的研究工作。2016年，研究團隊在介觀尺度上揭示了弛豫鐵電單晶高壓電效應的機理（自然-通訊, 7, 13807，被ESI數據庫收錄為高被引文章）；2018年，基於對弛豫鐵電單晶壓電機理的深刻認識，研究團隊提出了通過增強局域結構無序性來進一步提升鐵電材料壓電性能的理論方法，並在稀土元素釤摻雜的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛陶瓷材料中得到了實驗驗證（自然-材料, 17, 349，被ESI數據庫收錄為熱點文章），這些都為近期發表在《科學》期刊上的文章奠定了重要的理論和實驗基礎。此次研究工作得到了國家自然科學基金、111引智計劃等項目的支持。
隨著我國科研實力的不斷提升以及國際化程度不斷加深，中國科研人員在高水平期刊發表文章的數量也在逐年的提升。在這個過程中，西安交通大學更是緊盯世界科技前沿、經濟主戰場以及國家重大需求，不斷增強科技創新能力，提升科技競爭力，為成為國際影響顯著的世界一流研究型大學而不懈奮鬥！
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本文部分素材來源：西安交通大學新聞網
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